∑ Mathématiques Terminale STMG · Chapitre 3

Fonctions exponentielles

Fonctions x ? q? (q > 0) : définition, propriétés algébriques, racine n-ième, variations, modélisation de croissances et décroissances ; fonction exponentielle de base e et modèles e^(kt).

1. Les fonctions x ? q?

Définition

Pour $q \gt 0$, la fonction $x \mapsto q^x$ prolonge à tous les réels la suite géométrique $q^n$. Elle est définie sur $\mathbb{R}$, strictement positive, et $q^0 = 1$.

Propriété · Propriétés algébriques

Pour tous réels $x$, $y$ : $q^{x + y} = q^x \times q^y$ ; $q^{-x} = \dfrac{1}{q^x}$ ; $q^{x - y} = \dfrac{q^x}{q^y}$ ; $(q^x)^y = q^{xy}$. En particulier, $q^{1/n} = \sqrt[n]{q}$ est la racine $n$-ième de $q$ : $8^{1/3} = 2$.

Propriété · Variations

Si $q \gt 1$, $x \mapsto q^x$ est strictement croissante ; si $0 \lt q \lt 1$, elle est strictement décroissante ; si $q = 1$, elle est constante.

-4-3-2-1123451234560xy(0 ; 1)y = 2?y = 1,2?y = 0,5?
Fonctions x ? q? : croissantes si q > 1, décroissantes si 0 < q < 1 ; toutes passent par (0 ; 1) et restent strictement positives.

2. Modéliser des évolutions

Exemple · Bactéries

Une population de $500$ bactéries double toutes les heures : $N(t) = 500 \times 2^t$ ($t$ en heures, même non entier). Après $1$ h $30$ : $N(1{,}5) = 500 \times 2^{1{,}5} \approx 1\,414$.

Exemple · Taux équivalent

Doubler en une heure, c'est multiplier par $2^{0{,}5} \approx 1{,}414$ toutes les demi-heures, soit $+41{,}4\,\%$ par demi-heure.

3. La fonction exponentielle de base e

Définition

Il existe un nombre $e \approx 2{,}718$ tel que la fonction $x \mapsto e^x$ soit sa propre dérivée. Les modèles de la forme $f(t) = Ae^{kt}$ sont croissants si $k \gt 0$ et décroissants si $k \lt 0$ ; leur dérivée est $f'(t) = kAe^{kt}$.

Exemple · Médicament

$C(t) = 50e^{-0{,}2t}$ (mg/L) : $C'(t) = -10e^{-0{,}2t} \lt 0$, la concentration diminue ; $C(5) = 50e^{-1} \approx 18{,}4$ mg/L.

S'entraîner

Exercices corrigés

🎓 20 exercices corrigés et un quiz vous attendent dans ce chapitre.

Créez votre compte gratuit pour voir les corrections, faire les quiz et suivre votre progression.

1

Propriétés des puissances

★☆☆

Écrire sous la forme $q^x$ : $2^3 \times 2^{0{,}5}$ ; $\dfrac{3^{2{,}5}}{3^{0{,}5}}$ ; $(1{,}5^2)^3$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
2

Racines n-ièmes

★☆☆

Calculer $8^{1/3}$, $81^{1/4}$ et $1{,}21^{0{,}5}$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
3

Variations de fonctions puissances

★☆☆

Donner le sens de variation de $x \mapsto 1{,}3^x$, $x \mapsto 0{,}7^x$ et $x \mapsto 5 \times 0{,}9^x$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
4

Lecture graphique

★☆☆

Sur la figure du cours, résoudre graphiquement $2^x = 4$ et $0{,}5^x = 4$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
5

Croissance bactérienne

★★☆

$N(t) = 500 \times 2^t$. Combien de bactéries au bout de $3$ h $30$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
6

Taux par demi-heure

★★☆

Une grandeur double chaque heure. Quel est son taux d'évolution par demi-heure ? par quart d'heure ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
7

Concentration d'un médicament

★★☆

$C(t) = 80 \times 0{,}85^t$ ($t$ en h). Calculer $C(2{,}5)$. La concentration augmente-t-elle ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
8

Comparer deux croissances

★★☆

Comparer $1{,}5^x$ et $2^x$ pour $x \gt 0$, puis pour $x \lt 0$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
9

Modèle e^(kt)

★★☆

$f(t) = 100e^{-0{,}1t}$. Calculer $f(0)$, $f(10)$ et le sens de variation.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
10

Inéquation graphique

★★☆

À l'aide d'un tableau de valeurs, résoudre $0{,}8^x \lt 0{,}5$ pour $x \geq 0$ (au dixième).

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
11

Tableur

★☆☆

Dans un tableur, $A2$ contient $t$. Quelle formule écrire en $B2$ pour calculer $500 \times 1{,}2^t$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
12

Placement sur une durée non entière

★★☆

Un capital de $1\,000$ € croît de $3\,\%$ par an. Valeur au bout de $2$ ans et demi ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
13

Refroidissement

★★☆

$T(t) = 20 + 60 \times 0{,}9^t$ ($t$ en min). Calculer $T(0)$, $T(10)$. Vers quelle valeur tend $T$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
14

Taux moyen avec une puissance

★★☆

Un effectif a augmenté de $30\,\%$ en $4$ ans. Taux annuel moyen ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
16

Dérivée d'un modèle exponentiel

★★★

$f(t) = 50e^{-0{,}2t}$. Calculer $f'(t)$ et interpréter son signe. Que vaut $f'(0)$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
17

Vrai ou faux

★★☆

a) $2^x$ peut être négatif. b) $0{,}5^x$ est décroissante. c) $q^{1/2} = \sqrt{q}$.

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
18

Lire un modèle

★☆☆

Un effectif est modélisé par $f(t) = 200 \times 1{,}05^t$ ($t$ en années). Que représentent $200$ et $1{,}05$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
19

Comparer q? à 1

★★☆

Pour quelles valeurs de $x$ a-t-on $0{,}6^x \lt 1$ ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →
20

Placement sur sept ans et demi

★★☆

Un capital de $5\,000$ € croît de $2\,\%$ par an. Valeur après $7{,}5$ ans ?

🔒 Correction réservée aux membres Créer un compte gratuit →

Vérifier

Avez-vous bien compris ?

Répondez au quiz : la correction s'affiche immédiatement.